科学家发现帮助人类直立行走的骨盆关键进化变化

直立行走是人类区别于其他灵长类动物的关键特征之一。

如今，科学家们开始揭示促成双足行走的潜在发育和遗传之谜。在一项上周发表于《自然》期刊的新研究中，研究人员描述了两种重塑人类骨盆并为我们独特的行走方式铺平道路的进化改变。

在这项新研究中，研究团队聚焦于髂骨，这是骨盆中最大的骨头。人类有两个髂骨——一个在脊柱的右侧，另一个在左侧——它们共同构成了骨盆宽阔、碗状的形状。（当你把手放在臀部时，你感觉到的是你的髂骨。）

研究人员收集了128个胚胎组织样本，以比较包括人类、小鼠、狐猴、长臂猿、黑猩猩和其他灵长类动物在内的不同物种的髂骨发育。他们还研究了负责此骨骼发育的细胞和基因。

“我们所做的就是整合不同的方法，以讲述骨盆随着时间如何发育的完整故事，”主要作者、哈佛大学进化遗传学家Gayani Senevirathne在一份声明中说。

他们的分析揭示了人类与其他物种在髂骨发育过程中两个重要的区别。

首先，在人类胚胎的髂骨软骨开始形成后不久，它会发生90度的转弯，这使得骨骼生长成短而宽的形状，而不是高而窄的形状。这种人类骨盆宽阔、盆状的形状为我们的臀部肌肉提供了附着点，而臀部肌肉对于双足行走至关重要；它还能支撑我们直立时的内脏器官。科学家们推测，这种转变发生在早期人类与猿在灵长类谱系中分化之时，大约在五百万到八百万年前。

在其他灵长类动物中，髂骨软骨与脊柱平行生长。但人类身上出现的这种剧烈转弯使得髂骨与其呈垂直生长——这是一个巨大的改变，对研究人员来说有些意外，因为他们原本期望发现一个更渐进的转变过程。

“这不是一个逐步的过程，”合著者、哈佛大学进化生物学家Terence Capellini在接受《纽约时报》记者Carl Zimmer采访时说。“实际上是一个彻底的翻转。”

其次，最终取代髂骨软骨的骨细胞在人类中形成的时间比其他灵长类动物晚——它们形成的时间比人类骨骼大部分其他部分晚了大约16周。这个过程称为骨化延迟，它使人类骨盆在生长过程中能够保持其形状。路透社记者Will Dunham报道称，科学家们推测，这种转变发生在约160万年前，当时人类开始发展出更大的大脑。

这种进化改变不仅对双足行走至关重要，而且对于安全地产下头部较大的后代也至关重要。Capellini告诉路透社：“这样，骨盆就可以在增大尺寸并保持对行走重要的形状的同时，也保留了最终用于分娩一个大头婴儿的产道形状。”

科学家们还确定了300多个基因，这些基因有助于解释人类髂骨的这些发育差异。其中，SOX9、PTH1R和RUNX2这三个特定基因似乎起着最大的作用。这些基因的突变会导致骨盆的骨骼问题和影响行走的疾病，进一步支持了他们的发现。

能够直立行走对早期人类来说是一次巨大的飞跃。据路透社报道，它使他们能够以较低的能量消耗长距离行走或奔跑，促进了他们在全球的扩散。据史密森学会国家自然历史博物馆称，双足行走还使人类能够解放双手从事其他重要活动，例如使用工具、抱着婴儿和制作艺术品。直立姿势还使我们的祖先看起来更高大、更具威慑力，更容易从低矮的树枝上抓取食物；它也有助于通过减少身体直接暴露在阳光下的面积来在炎热气候中保持凉爽。

放大来看，丹尼尔·施密特（Daniel Schmitt），一位未参与此研究的杜克大学生物人类学家，在接受《自然》杂志记者Katie Kavanagh采访时表示，这项新论文“揭示了我们以前一无所知的、允许[骨骼]形状发生改变的机制。”

展望未来，科学家们或许能够研究身体其他部位的相同机制。

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